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{{NoteTA|G1=物理學}}
[[File:The Coorong South Australia.jpg|thumb|[[瑞利散射]]導致在白天時天空呈現出藍色，在日落時太陽發紅。]]
當傳播中的[[輻射]]，像[[光波]]、[[音波]]、[[電磁波]]、或[[粒子]]，在通過局部性的[[位勢]]時，由於受到位勢的作用，必須改變其直線軌跡，這物理過程，稱為'''散射'''。這局部性位勢稱為'''散射體'''，或'''散射中心'''。局部性位勢各式各樣的種類，無法盡列；例如，粒子、氣泡、液珠、液體密度[[漲落]]、晶體缺陷、粗糙表面等等。在傳播的波動或移動的粒子的路徑中，這些特別的局部性位勢所造成的效應，都可以放在{{link-en|散射理論|Scattering theory}}的框架裏來描述。

==單散射和多重散射==
假若輻射只被一個局部性散射體散射，則稱此為'''單散射'''。假若許多散射體集中在一起，輻射可能會被散射很多次，稱此為'''多重散射'''。單散射可以被視為一個[[隨機]]現象；而多重散射通常是比較命定性的。這是兩種散射的主要不同點。

由於單獨的散射體的位置，相對於輻射路徑，通常不會明確的知道。所以，散射結果強烈地依賴於入射軌道參數。對於觀測者，散射結果顯得相當的隨機。移動[[電子]]朝著[[原子核]]碰撞是一個標準案例。由於[[不確定性原理]]，相對於電子的入射路徑，原子的確定位置是個未知數，無法準確地測量出來，碰撞後，電子的散射行為是隨機的。所以，單散射時常用[[機率分佈]]來描述

在多重散射過程裏，經過眾多的散射事件，散射作用的隨機性很容易會因為平均化而被凐滅不見，輻射的最終路徑會顯示為[[強度]]的命定性（{{lang|en|deterministic}}）分佈。光束穿過濃厚大霧是一個標準案例。多重散射可以與[[擴散]]類比。在許多狀況，兩個術語可以替代使用。用來製造多重散射的光學器材，稱為'''擴散器'''。

不是每一種單散射都是隨機地。一個完美控制的[[雷射]]束能夠準確地散射於一個微粒，產生出命定性的結果。這樣的狀況也會發生於[[雷達]]散射，目標大多數是[[宏觀]]物體，像飛機或火箭。

類似地，多重散射有時也會產生很隨機的結果，特別是[[相干性|相干輻射]]。當相干輻射被多重散射的時候，[[強度]]會發生隨機[[漲落]]，稱此現象為[[散斑]]（{{lang|en|speckle}}）。假若，一個相干輻射的不同部分散射於不同的散射體，則也會產生散斑。在某些罕見的狀況，多重散射的散射次數並不多，隨機性並沒有被平均化凐滅。學術界公認，這類系統很不容易精確地模型化。

散射的主要研究問題，時常涉及到預測各種系統怎樣散射輻射。給予足夠的計算資源和系統資訊，這些問題大都可以解析。一個廣泛研究，更加困難的挑戰是[[逆散射問題]]（{{lang|en|inverse scattering problem}}）。這問題主要研究的是，從觀測到的散射行為，來決定入射輻射或散射體的性質。一般而言，解答不是唯一的；不同的散射體可以給予同樣的散射樣式。幸運地，科學家找到一些方法，來萃取許多關於散射體的資料。雖然這些資料並不完全，但還是相當有用。這些方法廣泛的用於[[感測器|感測]]和[[計量學]]（{{lang|en|metrology}}）<ref name="Colton1998">{{citation |last=Colton|first=David | last2 =Kress| first2 =Rainer|title=Inverse Acoustic and Electromagnetic Scattering Theory|year=1998|| publisher=Springer| edition= 2nd| isbn=978-3540628385 | language=en}}</ref>。

許多科技領域顯著地應用到散射和散射理論。例如，雷達感測、[[超音波檢查]]、[[半導體]]晶片檢驗、[[聚合]]過程監視、[[電腦成像]]等等。

==電磁散射==
[[File:Electron-scattering.png|thumb|200px|兩個[[電子]]，經由一個虛[[光子]]的發射，而產生的散射，可以由[[費曼圖]]展示出來。]]

[[電磁波]]是一種最為人熟知，最常碰到的輻射形式。其中，[[光波]]散射是不可避免的日常現象。[[無線電波]]散射則乃雷達科技的核心物理機制。因為某些方面的不同，電磁波散射可以清楚地分支為不同的領域，各自有各自的取名。彈性散射（涉及極微小的能量轉移）主要有[[瑞利散射]]和[[米氏散射]]。[[非彈性散射]]包括[[布里元散射]]（{{lang|en|Brillouin scattering}}）、[[拉曼散射]]、非彈性X-光散射、[[康普頓散射]]等等。

大多數物體都可以被看見，主要是因為兩個物理過程：光波散射和光波吸收。有些物體幾乎散射了所有入射光波，這造成了物體的白色外表。光波散射也可以給予物體顏色。例如，不同[[色調]]的藍色，像天空的天藍、眼睛的[[虹膜]]、鳥的羽毛<ref>{{cite journal |last= Prum |first= Richard O.|coauthors= Rodolfo H. Torres, Scott Williamson, Jan Dyck|year= 1998  |title= Coherent light scattering by blue feather barbs|journal=Nature |volume= 396 |issue= 6706|pages= 28–29  |doi= 10.1038/23838 }}</ref>等等。[[奈米粒子]]的共振光波散射會產生不同的高度飽和的，生動的[[色相]]，特別是當涉及[[表面電漿子共振]]（{{lang|en|surface plasmon resonance}}）<ref>{{cite journal |last= Roqué|first= Josep  |coauthors= J. Molera, P. Sciau, E。Pantos, M. Vendrell-Saz|year= 2006  |title= Copper and silver nanocrystals in lustre lead glazes: development and optical properties|journal=J. Eur. Ceramic Society |volume= 26|issue= 16|pages= 3813–3824  |doi=10.1016/j.jeurceramsoc.2005.12.024 }}</ref>。

在[[瑞利散射]]裏，電磁輻射（包括光波）被一個小圓球散射。圓球可能是一個粒子、泡沫、水珠、或甚至於密度漲落。物理學家[[瑞利勳爵]]最先發現這散射效應的正確模型，因此稱為'''瑞利散射'''。為了要符合瑞利模型的要求，圓球的直徑必須超小於入射波的[[波長]]，通常上界大約是波長的1/10。在這個尺寸範圍內，散射體的形狀細節並不重要，通常可以視為一個同體積的圓球。當陽光入射於大氣層時，氣體分子對於陽光的瑞利散射，使得天空呈現藍色。這是根據瑞利著名的方程式：
:<math>I\propto 1/ \lambda^4\,\!</math>

其中，<math>I\,\!</math>是強度，<math>\lambda\,\!</math>是波長。

陽光的藍色光波部分波長比較短，散射強度比較大；而紅色光波部分波長比較長，散射強度比較小。[[外太空]]的輻射通過地球大氣層時，衰減的主要原因是輻射吸收和瑞利散射。散射的程度變化是粒子直徑與波長比例的[[函數]]，連同許多其它因子，像[[極化]]、角度、以及[[相干性]]等等。

瑞利散射不適用於直徑較大的散射體。德國物理學家[[古斯塔夫·米]]最先找到這問題的解答。因此，大於瑞利尺寸的圓球的散射被稱為[[米氏散射]]。在米氏區域內，散射體的形狀變的很重要。這理論只能用在[[類球面|類球體]]。

瑞利散射和米氏散射都可以被視為彈性散射，光波的能量並沒有大幅度地改變。可是，移動的散射體所散射的電磁波會產生[[都卜勒效應]]，能量會稍微改變。這效應可以被用來偵測和測量散射體的速度，可以應用於[[光達]]（{{lang|en|LIDAR}}）和[[雷達]]這一類科技儀器。

當粒子直徑與波長比例大於10的時候，[[幾何光學]]的定律可以用來描述光波與粒子的相互作用。在這裏，通常不稱這相互作用為散射。

對於一些瑞利模型和米式模型不適用的案例，像不規則形狀粒子，有很多種不同的[[數值計算方法]]可以讓我們選擇使用，求算散射的解答。最常見的方法是[[有限元方法]]。此法解析[[馬克士威方程組]]，尋求散射的[[電磁場]]的分佈。程式工程師特別設計出複雜的軟體，專門計算這類問題。只需要使用者給出散射體的折射率或折射率函數，電腦就可以計算出電磁場結構的二維或三維模型。假若結構比較龐大複雜，則可能需要高功能電腦大量的運算時間，才能得到結果。

另外一種特別的電磁散射是[[相干性|相干]][[回散射]]（{{lang|en|backscatter}}）。這是一個相當不為人知的現象。當相干輻射（像雷射光束）傳播通過一個擁有很多散射體的介質時，電磁波會被散射很多次。一個代表性的多重散射介質例子是濃厚雲塊。朝著原本入射方向的反方向，相干回散射效應會產生一個非常大的峰值強度。實際上，一般的電磁波很大部分都會散射回去。對於非相干輻射，散射通常會在反方向產生一個局部最大值。可是，相干輻射的峰值強度是非相干輻射的兩倍。測量這些數值是很困難的。原因有兩個。第一個原因是，直接地測量回散射同時也會阻擋入射電磁波。但是，科學家已經想出精巧的方法來克服這問題。第二個原因是，強度峰通常會是非常的尖銳。偵測器必須擁有非常高的角解析度，才能夠看到峰值，不會將強度峰值與鄰近的低強度值平均起來。

==參閱==
* [[廷得耳效應]]
* [[X射線晶體學]]
* [[布拉格定律|布拉格散射]]
* [[拉塞福散射]]
* [[湯姆森散射]]
* [[中子散射]]（{{lang|en|neutron scattering}}）
* [[小角散射]]（{{lang|en|small-angle scattering}}）

==參考文獻==
{{reflist}}

==外部連結==
* [https://web.archive.org/web/20081223002248/http://www.neutron.anl.gov/ 中子散射網]

[[Category:基本物理概念|S]]
[[Category:散射|S]]
[[Category:原子物理學|S]]
[[Category:原子核物理學|S]]
[[Category:粒子物理學|S]]